(57)【要約】【課題】  アレイ内における素子の大きさが均一で、しかもその形状が整っており、素子間で、受信光波長選択性を有し、しかも高濃度のＮを含む半導体結晶を得ることにより、感度が良好な受光素子アレイ、その製造方法、および光計測システムを提供する。【解決手段】  第１導電型または半絶縁性の半導体基板１上に、一次元または二次元に配列された複数の開口部を有するマスク層２を形成する工程と、前記開口部に受光層３ｂを含む複数の半導体層３ａ、３ｂ、３ｃを選択成長させる工程とを含む。【選択図】  図１
2007324572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型もしくは半絶縁性の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた複数の開口部を有する絶縁性のマスク層と、
前記開口部ごとに、少なくとも受光層を含む半導体層とを備え、
前記受光層には、ｐｎ接合が形成されていることを特徴とする、受光素子アレイ。
【請求項２】
前記半導体基板と、前記マスク層及び少なくとも受光層を含む半導体層との間に、高濃度の第一導電型半導体層を備えることを特徴とする、請求項１に記載の受光素子アレイ。
【請求項３】
前記半導体基板は第一導電型であって、前記半導体層の上部に接続される第一の電極と、前記半導体基板のマスク層及び受光層を含む半導体層とが設けられた面とは反対の面に接続される第二の電極とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の受光素子アレイ。
【請求項４】
前記半導体層の上部に接続される第一の電極と、前記高濃度の第一導電型半導体層に接続される第二の電極と、を備えることを特徴とする、請求項２に記載の受光素子アレイ。
【請求項５】
前記開口部ごとに設けられた少なくとも受光層を含む半導体層の形状が、異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の受光素子アレイ。
【請求項６】
前記受光層を含む半導体層のうち、少なくとも受光層が、窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項５に記載の受光素子アレイ。
【請求項７】
前記受光層を含む半導体層のうち、少なくとも受光層が、アンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする、請求項５に記載の受光素子アレイ。
【請求項８】
前記受光層が、ＩｎＧａＡｓおよびＧａＡｓＳｂの多重量子井戸構造からなることを特徴とする、請求項５に記載の受光素子アレイ。
【請求項９】
前記受光層が、窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびＧａＡｓ１−ｘ−ｙＳｂｙＮｘ（０≦ｘ≦０．０２）の多重量子井戸構造からなることを特徴とする、請求項５に記載の受光素子アレイ。
【請求項１０】
前記受光層が、ＩｎＧａＡｓおよびＧａＡｓＳｂの多重量子井戸構造からなり、前記ＩｎＧａＡｓは前記半導体基板に対して格子整合範囲より小さい格子定数を有し、前記ＧａＡｓＳｂは前記半導体基板に対して格子整合範囲より大きい格子定数を有し、前記多重量子井戸構造の平均の格子定数は、前記半導体基板に対して格子整合範囲内にあることを特徴とする、請求項５に記載の受光素子アレイ。
【請求項１１】
共通の一つの半導体基板に形成された、吸収端波長の異なる複数の受光部を有し、
吸収端の違いによる前記受光部での感度の違いを検知して、信号光の特性を解析することを特徴とする、光計測システム。
【請求項１２】
半導体基板上に、一次元または二次元に配列された複数の開口部を有するマスク層を形成する工程と、
前記開口部に受光層を含む半導体層を選択成長させる工程とを含むことを特徴とする、受光素子アレイの製造方法。
【請求項１３】
前記複数の開口部は、同一の形状または２以上の異なる形状であることを特徴とする、請求項１２に記載の受光素子アレイの製造方法。
【請求項１４】
前記マスク層は、窒化珪素であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の受光素子アレイの製造方法。
【請求項１５】
さらに、受光層内にｐｎ接合を形成する工程を含み、前記工程は、前記選択成長する際に不純物を導入しながら選択成長させてｐｎ接合を形成する、または選択成長させる工程の後に、前記受光層にまで不純物を導入することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の受光素子アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子間の分離を容易かつ確実に行うことができ、受信光波長選択性を有する近赤外光用の受光素子アレイ、その製造方法および光計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の受光素子アレイの受光素子は、半導体基板上に、受光層を含む半導体層をエピタキシャル成長法などによって形成した後、受光素子アレイを構成する各受光素子間をエッチングにより分離して得られる。
【０００３】
受光素子間をエッチングする方法としては、例えば、エッチング液により、半導体層をウェットエッチングするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、素子分離のために、ドライエッチングの誘導結合プラズマエッチングによって、トレンチ溝を形成するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、最長検出波長が、１．７μｍ〜５μｍの範囲の近赤外光を受光する光吸収層として、少なくとも一部に窒素（Ｎ）を含むＩＩＩ−Ｖ族用いられている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４４２７８号公報
【特許文献２】特開２００１−３５２０９４号公報
【特許文献３】特開平９−２１９５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、素子分離をエッチング液を用いるウェットエッチング法で行なうと、（１）半導体層の深さ方向にのみエッチングされるばかりでなく、横方向にもエッチングされるので、アレイ内で素子の大きさを揃えることが難しく、また（２）例えば、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのように異なる材質の半導体を積層した積層構造の場合、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓとでは、エッチング速度が異なるため、エッチング後の半導体層の形状がいびつになる、などの問題がある。
【０００６】
一方、ドライエッチング法を用いて、素子分離を行なう場合、エッチング時のダメージで、暗電流を小さくできないという問題がある。
【０００７】
また、これらの受光素子アレイで受光素子間に受信光波長選択性を持たせたい場合には、波長フィルタを受光素子の前に設置して波長選択を行なうこともできるが、装置が大掛かりになるという問題がある。
【０００８】
さらに、近赤外光に対応するために受光層の材料としてＧａＩｎＮＡｓを使う場合、ＧａＩｎＮＡｓは、Ｎの組成を増やすことで、バンドギャップ波長が長くなり、波長５μｍ程度まで感度を持つ受光素子が作成できるとされている。しかし、熱平衡状態では、Ｎはほとんど半導体結晶内に取り込まれない。このため、Ｎの濃度が数％を超える高濃度のＮを含む半導体結晶を得ることは困難であり、波長５μｍ程度まで感度が良好な受光素子を得ることは容易ではない。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その第１の目的は、受光アレイにおける各受光素子間の分離が確実であり、かつ各受光素子の形状、端面性状などが整っている受光素子アレイ、その製造方法、および光計測システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、素子間で、受信光波長選択性を有する受光素子アレイ、その製造方法、および光計測システムを提供することにある。
【００１１】
さらに、本発明の第３の目的は、高濃度のＮを含む半導体結晶を得ることにより、とくに近赤外領域での感度が良好な受光素子アレイ、その製造方法、および光計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の受光素子アレイは、第一導電型もしくは半絶縁性の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた複数の開口部を有する絶縁性のマスク層と、前記開口部ごとに、少なくとも受光層を含む半導体層とを備え、前記受光層には、ｐｎ接合が形成されていることを特徴とする。これにより受光素子アレイを構成する各受光素子の半導体層の形状がいびつにならず、暗電流を小さくできるセンサを提供できる。
【００１３】
本発明の受光素子アレイでは、マスク層として用いた絶縁膜が半導体基板上に存在する。また、マスクの開口部にのみ上述のような半導体層を形成するので、半導体層は台錘状に形成され、半導体層の上層の面積は、開口部の面積より小さくなる。
【００１４】
また、前記受光素子アレイは、前記半導体基板と、前記マスク層及び少なくとも受光層を含む半導体層との間に、高濃度の第一導電型半導体層を備えることとしてもよい。この構造とすることにより、ｐ電極、ｎ電極ともに同じ側に形成することができ、フリップチップ実装などによりワイヤボンドが不要になる。
【００１５】
また、前記受光素子アレイは、前記半導体基板は第一導電型であって、前記半導体層の上部に接続される第一の電極と、前記半導体基板のマスク層及び受光層を含む半導体層とが設けられた面とは反対の面に接続される第二の電極とを備えることとしてもよい。この構造とすることにより、従来の実装技術が適用できる。
【００１６】
前記開口部ごとに設けられた少なくとも受光層を含む半導体層の個々の形状が、異なっていてもよい。この構造とすることにより、開口部の大きさに応じて半導体層の吸収端波長を変えることができる。
【００１７】
前記受光層を含む半導体層のうち、少なくとも受光層が、窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であってもよい。これにより、基板に格子整合しながら２μｍ以上の近赤外光に対応可能となる。
【００１８】
前記受光層を含む半導体層のうち、少なくとも受光層が、アンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であってもよい。これにより、結晶の表面平坦性がよくなる。
【００１９】
上記の受光層を、ＩｎＧａＡｓおよびＧａＡｓＳｂの多重量子井戸構造により構成することができる。この構成によれば、タイプＩＩの多重量子井戸構造における（ＩｎＧａＡｓ層／ＧａＡｓＳｂ層）の厚み構成に応じて、吸収端波長が変わる。そして、開口部ごとに設けられた半導体層の形状が異なるので、多重量子井戸構造の上記厚み構成が、半導体層の形状の大小に応じて変動する。このため、開口部の形状サイズに応じて吸収端波長の異なる受光層が形成され、自ずと吸収端波長が変動分布する近赤外光の波長域に対応した受光素子アレイを得ることができる。なお、上記のＩｎＧａＡｓおよびＧａＡｓＳｂは、両方とも、半導体基板に格子整合する範囲の格子定数を有する。
【００２０】
上記の受光層を、窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびＧａＡｓ１−ｘ−ｙＳｂｙＮｘ（０≦ｘ≦０．０２）の多重量子井戸構造により構成することができる。この構成によれば、窒素を含むため吸収端波長のさらなる長波長化を実現しやすい。その上で、多重量子井戸構造の厚み構成が、上記の開口部の形状サイズに応じて変動するので、吸収端波長が変動する受光素子アレイを得ることができる。なお、窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびＧａＡｓ１−ｘ−ｙＳｂｙＮｘ（０≦ｘ≦０．０２）は、両方とも、ＩｎＰ基板に格子整合する範囲の格子定数を有する。
【００２１】
上記の受光層を、ＩｎＧａＡｓおよびＧａＡｓＳｂの多重量子井戸構造からなるようにし、ＩｎＧａＡｓは半導体基板に対して格子整合範囲より小さい格子定数を有し、ＧａＡｓＳｂは半導体基板に対して格子整合範囲より大きい格子定数を有し、多重量子井戸構造の平均の格子定数は、半導体基板に対して格子整合範囲内にある構成にすることができる。この構成によれば、上記ＩｎＧａＡｓは、格子整合するＩｎＧａＡｓよりＩｎ組成が低く、またＧａＡｓＳｂは、格子整合するＧａＡｓＳｂよりＳｂ組成が高くなっている。上記の格子不整合の量子井戸層の組み合わせの結果、多重量子井戸構造の受光層の吸収端のさらなる長波長化が、実現しやすくなる。また、多重量子井戸構造は、平均的には半導体基板に格子整合しているので、暗電流を低くすることができる。
【００２２】
本発明の光計測システムは、共通の一つの半導体基板に形成された、吸収端波長の異なる複数の受光部を有し、吸収端の違いによる前記受光部での感度の違いを検知して、信号光の特性を解析するものであってもよい。これにより、波長選択性を持たせたい場合でも、フィルタが不要となりシステムを小型化できる。
【００２３】
本発明の受光素子アレイは、半導体基板上に、一次元または二次元に配列された複数の開口部を有するマスク層を形成する工程と、前記開口部に受光層を含む半導体層を選択成長させる工程とを含むことを特徴とする。すなわち、本発明者は、半導体基板上で半導体層をエピタキシャル成長させる場合に、絶縁膜を形成し、この絶縁膜に一次元または二次元の開口部を持つパターンを形成し、絶縁膜上に半導体層が積層されない条件で半導体層を選択成長させると、素子分離が容易で、しかもアレイ内における素子の大きさが均一で、しかもその形状、端面形状などが整っている受光素子アレイが得られることを確認した。また、本発明の方法で得られる受光素子アレイは、開口部の大きさを変えることで、受光層の吸収端波長の異なる受光素子が得られる。この結果、素子間で、受信光波長選択性を有する受光素子アレイが得られる。さらに、本発明の方法で、窒素を供給すると、窒素濃度の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が得られる。
【００２４】
本発明の方法によれば、絶縁膜パターンの開口部の半導体基板上にのみ半導体層を成長させるので、容易にかつ確実に素子分離ができ、素子分離のためにエッチング法を行なう必要がない。この結果、アレイ内で素子の大きさを揃えることが容易である。また、半導体層の形状、端面形状なども整ったものとなる。またドライエッチングによるダメージを受けることがないので、暗電流を低く抑制することができる。
【００２５】
上記複数の開口部は、同一の形状または２以上の異なる形状とすることができる。開口部が同一の形状であれば、受光層の結晶組成を同一にして、同一のバンドギャップを有する受光素子アレイが得られる。一方、開口部を異なる形状にすれば、受光層の結晶組成が異なるので、異なるバンドギャップを有する受光素子アレイが得られる。このように、開口部の形状、特に面積を変えるだけで、波長選択を行なうことができる。
【００２６】
上記マスク層は、窒化珪素であることが好ましい。窒化珪素であれば、マスク層上に半導体層が形成されず、しかもマスク層上の半導体原料の拡散が円滑に進むので、良質な半導体層を形成することができる。
【００２７】
前記半導体層に不純物を導入しながら、選択成長させて、ｐｎ接合を形成することとしてもよい。このｐｎ接合において、受光がなされる。
【００２８】
一方、前記半導体層を選択成長させる工程の後に、受光層にまで不純物を導入することによってｐｎ接合を形成してもよい。
【００２９】
また受光のためのｐｎ接合を基板上に受光層とその上に不純物を含む半導体層とを順にエピタキシャル成長することで形成したものであってもよい。また、複数層の半導体層の上層より受光層にまで導入された不純物領域が形成されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、受光素子アレイ内における各受光素子間の分離が確実で、各受光素子の形状、端面性状が整っており、受光素子間で受信光波長選択性を有し、しかも高濃度のＮを含む半導体結晶を得ることにより、とくに近赤外光長波長域で感度が良好な、受光素子アレイ、その製造方法、および光計測システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明のポイントおよび好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（本発明のポイント）
図１は、本発明の製造方法により、製造したＩｎＰ／ＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＰの受光素子アレイを示す断面模式図である。図１において、符号１はＩｎＰ基板、２はＳｉＮマスク層（絶縁膜マスク層）である。本発明においては、図１に示すように、ＩｎＰ基板１上へ形成された絶縁膜（ＳｉＮ）に開口部２１を設けたマスク層２を用いて、ＩｎＰ層３ａと、ＩｎＧａＮＡｓ層（受光層）３ｂと、ＩｎＰ層３ｃとが積層されたＩｎＰ／ＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＰ構造をＭＯＶＰＥ法によって選択成長すると、台錘型に結晶層が成長する。このため、エッチングによらずに、受光素子分離が確実になされ、かつ各受光素子の端面性状が良好な、受光素子アレイを容易に得ることができる。
【００３３】
さらに、絶縁膜パターン２の開口部の面積を増加させると、絶縁膜パターン２上からの原料流れ込みによって成長速度（膜厚）が増加するとともに、ＩｎＧａＮＡｓ層３ｂにおいてはＮ組成の増加が生じる。これらの現象を利用すると、マスク２の開口部の形状、たとえば面積を変えるだけで異なるバンドギャップ波長を有する層構造を同一基板内に作り込むことが可能となる。
【００３４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る受光素子アレイ、その製造方法、および光計測システムの実施形態を、図面に基づいて説明する。図２は、本実施形態の受光素子アレイを示す断面模式図、図３は本実施形態の受光素子アレイの製造工程を示す工程図である。図２、図３において、符号１１はＩｎＰ基板である。
【００３５】
図２の受光素子アレイでは、ＩｎＰ基板１１上に、開口部２１ａ，２１ｂを有するＳｉＮパターン１２が設けられ、開口部２１ａ，２１ｂに、ｎ型ＩｎＰ層１３、ｎ型ＩｎＧａＮＡｓ層（受光層）１４、およびｐ型ＩｎＰ層（窓層あるいはキャップ層）１５が順次積層されている。これらの半導体層は、図３に示すように面積が異なる。また、ＩｎＰ基板１１の開口部２１ａ，２１ｂが設けられている面とは反対の面には、ｎ部電極２２と、反射防止膜２３とが設けられている。
【００３６】
なお、本明細書において、半導体層および開口部の形状、面積とは、受光素子アレイに対して、図３における積層方向に沿って見た形状、面積、すなわち基板面に平行な面における形状、面積をいう。
【００３７】
また、ｎ型ＩｎＰ層１１の裏面にはｎ部電極２２が、窓層１５のｐ型領域には、ｐ部電極１８が設けられている。さらに、受光素子アレイ全体が、端面での電流リークを防止するために、ポリイミド樹脂等の絶縁層１９で被覆されている。
【００３８】
［製造方法］
本発明の受光素子アレイは、以下のようにして作成される。ｎ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＮの絶縁膜を膜厚５０ｎｍで形成する。次に、このＳｉＮ膜を、エッチングして開口部２１ａ、２１ｂを有する絶縁膜パターン１２をパターニングする。この時ＳｉＮマスクの開口部の面積は、３０×３０μｍ２とした（図３（ａ））。このパターニングされた基板１１上へ選択ＭＯＶＰＥ法により半導体層を形成する。成長条件は成長温度５２０℃、成長圧力１０．１３ｋＰａとする。ここで、図３（ｂ）に示すように、選択ＭＯＶＰＥによって形成する層構造は、ｎ型ＩｎＰ層１３、ｎ型ＩｎＧａＮＡｓＰ層１４、ｐ型ＩｎＰ層１５となっている。このときに、ｎ型ＩｎＧａＮＡｓＰ層１４を成長させた後で、ｐ型ＩｎＰ層１５を成長させるので、界面にｐｎ接合が形成される。
【００３９】
次に、図３（ｃ）に示すように、受光素子アレイ全体を被覆するように、素子の側面にポリイミドからなる絶縁膜１９を形成する。さらに図３（ｄ）に示すように、ＩｎＰ層１５上にＡｕＺｎを含むｐ部電極１８を形成し、ＩｎＰ基板１１の裏面にＡｕＧｅＮｉを含むｎ部電極２２を形成する。ｐ部電極１８あるいはｎ部電極２２の材料は他の材料でも良い。また、ＩｎＰ基板１１の裏面にＳｉＯＮまたはＳｉＯ２を含む反射防止膜２３を形成する。
【００４０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、半導体層を作成したのちに、窓層１３から受光層１２に届くように、Ｚｎを拡散する。
【００４１】
図４の受光素子アレイでは、半絶縁性ＩｎＰ基板１１上に、高濃度のｎ型ＩｎＰ層２４が積層された上に、ＳｉＮマスク（マスク層）１２が設けられ、マスクの開口部２１ａ、２１ｂに、ｎ型ＩｎＰ層１３、ｉ型または低濃度のｎ型ＩｎＧａＮＡｓ層（受光層）１４、およびｎ型ＩｎＰ層（窓層あるいはキャップ層）１５が順次積層されている。これらの半導体層は、図４に示すように面積が異なる。これらの受光層１４と窓層１５の側面および窓層１５の上端部を含めて、ｐ型不純物のＺｎを拡散するための開口部を有する拡散マスク（絶縁膜）２０を設ける。その絶縁膜２０が被覆されていない開口部に、Ｚｎの拡散によりｐ型領域１６が選択的に形成される。
【００４２】
また、高濃度のｎ型ＩｎＰ層２４上には、ｎ部電極２２が、窓層１５上には、ｐ部電極１８が設けられている。さらに、半絶縁性ＩｎＰ基板１１の裏面には、反射防止膜２３が設けられている。
【００４３】
［製造方法］
本発明の受光素子アレイは、以下のようにして作成される。ｎ−ＩｎＰ基板１１上に、厚さ２μｍのシリコンがドープされた（キャリア濃度：３×１０１８ｃｍ−３）高濃度ｎ型ＩｎＰ基板２４を形成し、次に、プラズマＣＶＤでＳｉＮの絶縁膜２０を膜厚５０ｎｍで形成する。次に、このＳｉＮ膜を、フォトリソグラフ法で、エッチングして開口部を有するマスク層１２をパターニングする。この時ＳｉＮパターン層の開口部の面積は、２０×２０μｍ２及び５０×５０μｍ２とした（図５ａ）。このパターニングされたマスク層を有する基板１１上へ選択ＭＯＶＰＥ法により半導体層を形成する。成長条件は成長温度５２０℃、成長圧力１０．１３ｋＰａとする。ここで、図５（ｂ）に示すように、選択ＭＯＶＰＥによって形成する層構造は、厚さ２μｍのシリコンがドープされた（キャリア濃度：３×１０１５ｃｍ−３）ｎ型ＩｎＰ層１３、厚さ２．５μｍの（キャリア濃度：８×１０１５ｃｍ−３）低濃度のｎ型ＧａＩｎＮＡｓＳｂ層１４、厚さ１．５μｍのシリコンがドープされた（キャリア濃度：３×１０１５ｃｍ−３）ｎ型ＩｎＰ層１５となっている。次に、図５（ｃ）に示すように、半導体層上部に開口部を有するＳｉＮからなる拡散マスク（絶縁膜）２０を膜厚５０ｎｍで形成する。次に、図５（ｄ）に示すように、受光層１４にまで窓層１５からＺｎを気相拡散させてｐ型領域１６を作製する。
【００４４】
次に、図５（ｅ）に示すように、ｐ型領域１６上にＴｉＰｔを含むｐ部電極１８を形成し、図５（ｆ）に示すように、エッチングで露出させたｎ型ＩｎＰ層２４上にＡｕＧｅＮｉを含むｎ部電極２２を形成する。ｐ部電極１８あるいはｎ部電極２２の材料は他の材料でも良い。また、半絶縁性ＩｎＰ基板１１の裏面に反射防止膜２３を形成する。
【００４５】
（第３の実施の形態）
本発明の実施の形態では、受光層を多重量子井戸構造で構成する点に特徴を有する。開口部ごとに形成される半導体層である、上記多重量子井戸構造は、上述の機構によって、その開口部サイズに応じて、厚み構成が変動し、その結果、吸収端波長が異なる受光素子アレイが形成される。その機構について、まず説明する。
半導体基板には、ＩｎＰ基板を用い、開口部を有する絶縁マスクパターンなどの形成は、上記第１の実施の形態と同じ方法で行った。受光層には、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎＧａＡｓと、ＩｎＰ基板に格子整合するＧａＡｓＳｂとの多重量子井戸構造を採用した。図６に示すように、２５０対のＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓＳｂ層とを交互に積層する。ＩｎＧａＡｓ１層当たりの厚みをａ、ＧａＡｓＳｂ層１層当たりの厚みをｂとした場合、次のように、フォトルミネッセンス（ＰＬ）波長が変動する（図７参照）。ＰＬ波長は、吸収端波長に対応する。
（ａ，ｂ）＝（３ｎｍ，３ｎｍ）の場合：ＰＬ波長１．９５μｍ
（ａ，ｂ）＝（５ｎｍ，５ｎｍ）の場合：ＰＬ波長２．２５μｍ
（ａ，ｂ）＝（７ｎｍ，７ｎｍ）の場合：ＰＬ波長２．４０μｍ
【００４６】
マスクパターンにおける開口部の大きさが変わると、エピタキシャル成長の成長速度が変わる。その結果、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓＳｂとの層厚が、開口部の大きさによって変わる。すなわち上記の開口部が小さいほど成長速度は大きくなるが、これは、開口部が小さいほど、マスクの表面を経由して開口部の半導体基板に供給される原料の有効濃度が高くなるからである。逆に開口部が大きいほど成長速度は小さくなる。
【００４７】
上述の（図７に示す）、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓＳｂとの層厚の組み合わせにおけるＰＬ波長の基準下において、各開口部の層厚の組み合わせ数は、ごく大まかに言って、開口部サイズの種類数だけ生じる。この結果、マスクパターンの開口部サイズの種類と、その平面分布を、目的に合わせて設定することにより、吸収端波長がそのマスクパターンの開口部に応じて分布する受光素子アレイを得ることができる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
基本的な考え方は、上記第３の実施の形態と同じであるが、本実施の形態では、Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体であるＩｎＧａＡｓＮ（Ｎ＝１％）と、ＧａＡｓＳｂとの多重量子井戸構造を用いる点に特徴を有する。ＩｎＰ基板を用いて、図８に示すように、（ＩｎＧａＡｓＮ層／ＧａＡｓＳｂ層）＝（５ｎｍ／５ｎｍ）を１５０対積層した場合、ＰＬ波長は３μｍであった（図９参照）。上記の（ＩｎＧａＡｓ層／ＧａＡｓＳｂ層）＝（５ｎｍ，５ｎｍ）の場合：ＰＬ波長２．２５μｍであったのに比して、Ｎを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体であるＩｎＧａＡｓＮ（Ｎ＝１％）を一方の井戸層に用いると、吸収端波長の大幅な長波長化を実現することができる。
【００４９】
図９に示すＰＬ波長の結果より、本実施の形態の場合にも、（ＩｎＧａＡｓＮ層／ＧａＡｓＳｂ層）＝（３ｎｍ／３ｎｍ）また（７ｎｍ／７ｎｍ）の組み合わせに対応するＰＬ波長があり、それは、上述の（図７に示す）ＰＬ波長よりも、当然、長波長側に移行している。その上で、Ｎを含むＩｎＧａＡｓＮとＧａＡｓＳｂとの層厚の組み合わせにおけるＰＬ波長の基準下において、各開口部の層厚の組み合わせ数は、開口部サイズの種類数だけ生じる。その結果、マスクパターンの開口部サイズの種類と、その平面分布を、目的に合わせて設定することにより、吸収端波長がそのマスクパターンの開口部に応じて分布する受光素子アレイを得ることができる。
【００５０】
（第５の実施の形態）
本実施の形態においては、実際に多重量子井戸構造を形成してＰＬ波長を測定しないで、計算機実験により、ＰＬ波長を評価した。ＩｎＰ基板に対する格子不整合マイナス（−）０．３％のＩｎＧａＡｓ（５ｎｍ）と、ＩｎＰ基板に対する格子不整合プラス（＋）０．３％のＧａＡｓＳｂ（５ｎｍ）とを、交互に積層する構造では、理論計算によれば、ＰＬ波長は約２．６μｍとなる。第３の実施の形態では、（ＩｎＧａＡｓ層／ＧａＡｓＳｂ層）＝（５ｎｍ，５ｎｍ）の場合、ＰＬ波長２．２５μｍであったのに比して、上記のようにマイナス側およびプラス側に格子不整合の（ＩｎＧａＡｓ層／ＧａＡｓＳｂ層）を積層した場合、吸収端波長の長波長化を実現することができる。すなわち、本実施の形態においても、（ＩｎＧａＡｓ層／ＧａＡｓＳｂ層）＝（３ｎｍ／３ｎｍ）また（７ｎｍ／７ｎｍ）の組み合わせに対応するＰＬ波長があり、それは、上述の（図７に示す）ＰＬ波長よりも、当然、長波長側に移行している。その上で、ＩｎＰ基板に対する格子不整合マイナス（−）０．３％のＩｎＧａＡｓと、ＩｎＰ基板に対する格子不整合プラス（＋）０．３％のＧａＡｓＳｂとの層厚の組み合わせにおけるＰＬ波長の基準下において、各開口部の層厚の組み合わせ数は、開口部サイズの種類数だけ生じる。その結果、マスクパターンの開口部サイズの種類と、その平面分布を、目的に合わせて設定することにより、吸収端波長がそのマスクパターンの開口部に応じて分布する受光素子アレイを得ることができる。
【００５１】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の製造方法により、製造したＩｎＰ／ＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＰの受光素子アレイを示す断面模式図を示す。
【図２】図２は、実施の形態１の受光素子アレイを示す断面模式図である。
【図３】図３は、実施の形態１の受光素子アレイの製造工程を示す工程図である。
【図４】図４は、実施の形態２の受光素子アレイを示す断面模式図である。
【図５】図５は、実施の形態２の受光素子アレイの製造工程を示す工程図である。
【図６】図６は、実施の形態３の受光素子アレイにおける多重量子井戸構造を示す図である。
【図７】図７は、多重量子井戸構造のＰＬ強度に及ぼす厚み構成の影響を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態４の受光素子アレイにおける多重量子井戸構造を示す図である。
【図９】図９は、多重量子井戸構造のＰＬ強度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ＩｎＰ基板、２  ＳｉＮマスク層、３ａ  ＩｎＰ層、３ｂ  ＩｎＧａＮＡｓ層（受光層）、３ｃ  ＩｎＰ層、１１  ＩｎＰ基板、１２  ＳｉＮマスク層、  １３  ｎ型ＩｎＰ層、１４  ＩｎＧａＮＡｓ層（受光層）、１５  ＩｎＰ層（窓層あるいはキャップ層）、１６  ｐ型領域、１７  ｎ型領域、１８  ｐ部電極、１９  絶縁層、２０  拡散用マスク（絶縁膜）、２１，２１ａ，２１ｂ  開口部、２２  ｎ部電極、２３  反射防止膜  ２４  高濃度ｎ型ＩｎＰ基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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